西安理工大学教案首页.docx
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西安理工大学教案首页
西安理工大学教案(首页)
学院(部):
自动化学院系(所):
电子工程系
课程名称
半导体集成电路
课程代码
04110680
总学时:
64学时
讲课:
64学时
上机:
0学时
实验:
0学时
学分
4
课程类别
必修课(√)校级任选课()
院级任选课()学位课(√)
授课专业
电子科学与技术
授课班级
电子、微电
任课教师
高勇余宁梅杨媛乔世杰
职称
教授/副教授
教学目的和要求
通过本课程的教学,要求学生全面掌握各种集成电路包括双极集成电路、MOS集成电路和Bi-CMOS电路的制造工艺,集成电路中元器件的结构、特性及各种寄生效应;学会分析双极IC、数字CMOS集成电路中的倒相器的电路特性,掌握一定的手算分析能力,熟悉版图;掌握静态逻辑、传输门逻辑及动态逻辑电路的工作原理及特点;了解触发器电路及存储器电路;掌握模拟电路的基本子电路(如电流源,基准源等)的工作原理和特性,掌握基本运算放大器的性能分析和设计方法;掌握AD/DA电路的类型及工作原理,基本了解AD/DA变换器的设计方法。
为后继专业课的学习、将来在集成电路领域从事科研和技术工作奠定良好的理论基础。
教学重点、难点
教学的重点是帮助学生在电子技术的基础上建立半导体集成电路的概念。
重点讲述集成电路的寄生效应、典型的TTL单元电路以及MOS集成电路的基本逻辑单元和逻辑功能部件,尤其是CMOS集成电路(由于现在的集成电路主流工艺为CMOS集成电路)。
难点在于掌握集成电路中的各种寄生效应,另外,集成电路的发展很快,很多最新发展状态在书本上找不到现成的东西,比如随着集成电路特征尺寸的减小带来的一些其他二级效应,以及各种不同的新型电路结构各自的特点和原理分析计算。
教材和参考书
(1)朱正涌,半导体集成电路,清华大学出版社
(2)张延庆,半导体集成电路,上海科学技术出版社
(3)JanM.Rabaey,AnanthaChandrakasan,etc.DigitalIntegratedCircuits数字集成电路设计透视(影印版.第二版),清华大学出版社(译本:
周润德译电子工业出版社)
(4)蒋安平等译,数字集成电路分析与设计-深亚微米工艺,电子工业出版社
(5)王志功等译,CMOS数字集成电路-分析与设计(第三版),电子工业出版社(原书名:
CMOSDigitalIntegratedCircuits:
AnalysisandDesign,ThirdEdition,作者:
Sung-MoKang,YusufLeblebici[美],McGraw-Hill出版社)
(6)陈贵灿等译,模拟CMOS集成电路设计,西安交通大学出版社(原书名:
DesignofAnalogCMOSIntegratedCircuits,作者:
毕查德.拉扎维[美],McGraw-Hill出版社)
西安理工大学教案(章节备课)
学时:
2学时
章节
第0章绪论
教学目的
和要求
通过本章内容学习,帮助学生建立半导体集成电路的概念,使学生了解并掌握集成电路的发展历史、现状和未来。
明确本课程教学内容及教学目标,提出课程要求。
要求学生通过本章学习,能够明确学习目标。
重点
难点
重点:
集成电路的概念,集成电路的发展规律,集成电路涵盖的知识点及集成电路的分类。
难点:
集成电路的宏观发展与微观发展的关联。
教学进程(含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段)
教学内容:
1集成电路
1.1集成电路定义
1.2集成电路分类
2半导体集成电路
2.1半导体集成电路分类
2.2半导体集成电路的作用
2.3半导体集成电路的术语
2.3半导体集成电路的发展史
2.4集成电路在我国的现状
课程内容介绍及参考书以上内容计划讲授2学时。
拟采用多媒体教学,以自制PPT为主。
本章思考题
思考题:
我国未来集成电路产业发展模式思考
内容提纲:
◙集成电路产业发展趋势◙我国集成电路的发展状况◙我国集成电路发展面临的机遇与展望
主要
参考资料
JanM.Rabaey,AnanthaChandrakasan,etc.数字集成电路设计透视,清华大学出版社(译本:
周润德译电子工业出版社)
施敏院士报告
备注
西安理工大学教案(课时备课)
第1次课2学时
课目、课题
绪论
教学目的
和要求
通过本次课,帮助学生建立半导体集成电路的概念,使学生了解并掌握集成电路的发展历史、现状和未来。
明确本课程教学内容及教学目标,提出课程要求。
要求学生通过本章学习,能够明确学习目标。
重点
难点
重点:
集成电路的概念,集成电路的发展规律,集成电路涵盖的知识点及集成电路的分类。
难点:
集成电路的宏观发展与微观发展的关联。
教学进程(含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计)
1.介绍何谓集成电路,集成电路是如何分类的(即可分为膜集成电路.半导体集成电路和混合集成电路);介绍何谓半导体集成电路,半导体集成电路的分类(即按照电路中晶体管的导电载流子状况分类,可分为双极型集成电路和单极型集成电路两种;按照电路工作性质分类,可分为数字集成电路和模拟集成电路两种),半导体集成电路中的重要术语-集成度,以及半导体集成电路的优点(即体积小重量轻;技术指标先进可靠性高以及便于大批量生产和成本低等);(1小时)
2.集成电路的发展历史、现状及未来
●发展过程
●现状
●趋势
●摩尔定律
3.集成电路在我国的发展现状
4.本课程要进行的学习内容
5.教材及主要参考资料
6.课程学习及考核要求(2~6共1小时)
作业布置
1.什么叫半导体集成电路?
按照半导体集成电路的集成度来分,分为哪些类型,请同时写出它们对应的英文缩写?
2.按照器件类型分,半导体集成电路分为哪几类?
3.按电路功能或信号类型分,半导体集成电路分为哪几类?
主要
参考资料
JanM.Rabaey,AnanthaChandrakasan,etc.数字集成电路设计透视,清华大学出版社(译本:
周润德译电子工业出版社)
施敏院士报告
课后自我总结分析
西安理工大学教案(章节备课)
学时:
4学时
章节
第1章集成电路的基本制造工艺
教学目的
和要求
通过本章内容学习,帮助学生熟练掌握半导体集成电路包括双极集成电路、MOS集成电路及Bi-CMOS集成电路制造工艺及工艺流程。
要求学生能够了解各道工序的意义及作用,能够根据平面版图画出器件断面图。
重点
难点
重点:
双极集成电路、MOS集成电路及Bi-CMOS集成电路制造工艺及工艺流程。
有源元件及无源元件的结构及实现。
难点:
版图与断面图的对应关系,光刻与器件结构的关系。
教学进程(含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段)
教学内容:
1.双极集成电路的工艺流程(2学时)
●PN结隔离双极集成电路的基本制作工艺
●相关工艺参数的确定准则
2.MOS集成电路的工艺流程及Bi-CMOS工艺(2学时)
●MOS集成电路根据实现方法可分为:
P阱工艺、N阱工艺及双阱工艺。
●以P阱工艺为例具体讲述工艺流程。
●版图与断面图的对应关系。
●Bi-CMOS工艺又分为以双极工艺为基础及以MOS工艺为基础的两类。
以MOS工艺为基础的工艺为例讲述Bi-CMOS工艺。
以上内容计划讲授4学时(分章节学时见上)。
拟采用多媒体教学,以自制PPT为主。
本章思考题
作业:
1.对应相应版图画出A-A’,B-B’C-C’的断面图(版图见PPT教案)。
2.课本P14,1.1
3.画出NPN管的版图,并标注各区域的掺杂类型。
4.请画出反相器的版图,并标注各层掺杂类型和输入输出端子。
5.课本p141.2
主要
参考资料
朱正涌,半导体集成电路,清华大学出版社
数字集成电路――电路,系统与设计周润德等译电子工业出版社
备注
西安理工大学教案(课时备课)
第2次课2学时
课目、课题
双极集成电路的基本制造工艺
教学目的
和要求
通过本次课,帮助学生掌握双极集成电路的典型制造工艺,要求学生熟悉双极集成电路的工艺流程及双极晶体管的版图
重点
难点
课程重点:
1.集成电路中双极元件的隔离,重点讲述PN结隔离
2.双极集成晶体管的结构,重点讲述几个区及隐埋层的作用
3.基本制作工艺中的几次光刻
课程难点:
PN结隔离的机理,隐埋层的作用,外延层的设计参数考虑
教学进程(含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计)
1.双极集成电路中的元件结构
(1)双极分立元件:
二极管、三极管结构及简单制作过程
(2)集成电路中双极元件的隔离——PN结隔离和介质隔离
(3)集成晶体管的结构(给出断面图):
讲解隐埋层的作用
2.双极集成电路的基本制造工艺
(1)衬底选择
(2)第一次光刻:
N+隐埋层光刻
(3)外延层:
外延层的设计(电阻率和厚度)
(4)第二次光刻:
P+隔离扩散孔光刻
(5)第三次光刻:
P型基区扩散孔光刻
(6)第四次光刻:
N+发射区扩散孔光刻
(7)第五次光刻:
引线孔光刻
(8)铝淀积
(9)第六次光刻:
反刻铝
作业布置
1.对应相应版图画出A-A’,B-B’C-C’的断面图(版图见PPT教案)。
2.课本P14,1.1
3.画出NPN管的版图,并标注各区域的掺杂类型。
主要
参考资料
朱正涌,半导体集成电路,清华大学出版社
课后自我总结分析
西安理工大学教案(课时备课)
第3次课2学时
课目、课题
MOS集成电路的基本制造工艺
教学目的
和要求
通过本次课,帮助学生掌握MOS集成电路的典型制造工艺(包括N阱和P阱),要求学生熟悉MOS集成电路的工艺流程及CMOS反相器的版图
重点
难点
课程重点:
1.P阱CMOS集成电路工艺
2.N阱CMOS集成电路工艺
课程难点:
要在典型工艺的基础上兼顾最新的工艺如铜布线、深亚微米的MOS结构,让学生了解前沿技术
教学进程(含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计)
1.P阱CMOS集成电路工艺(稍微详细介绍35分钟)
2.N阱CMOS集成电路工艺(有了P阱的基础,这里进度放快,基本工艺部分15分钟),引出多层布线及铜布线、场区注入、深亚微米的MOS晶体管结构(20分钟)
3.双阱CMOS工艺(10分钟)
4.BiCMOS集成电路工艺(20分钟)
作业布置
1.请画出反相器的版图,并标注各层掺杂类型和输入输出端子。
2.p141.2
主要
参考资料
朱正涌,半导体集成电路,清华大学出版社
课后自我总结分析
西安理工大学教案(章节备课)
学时:
4学时
章节
第2章集成电路中的元件及其寄生效应
教学目的
和要求
通过本章内容,帮助学生掌握集成电路中的双极晶体管、MOS的结构,本征双极晶体管的EM模型、双极晶体管和MOS的有源和无源寄生效应,集成电路中无源元件(包括电阻和电容)的基本结构和版图。
要求学生能利用EM模型对双极晶体管的有源寄生效应进行分析,并了解双极晶体管的无源寄生效应,掌握MOS晶体管的闩锁效应、常用电阻和电容的结构,电阻、电容值的计算等。
重点
难点
重点:
1.本征双极晶体管的EM模型
2.集成双极晶体管的有源寄生效应
3.MOS集成电路中的闩锁效应
4.电阻版图及阻值计算
难点:
四层三结晶体管的EM模型推导,闩锁效应的分析及解决
教学进程(含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段)
教学内容:
1.集成电路中的双极晶体管及其寄生效应(2学时)
●双极晶体管的单管结构、工作原理
●理想本征双极晶体管的EM模型,
●集成双极晶体管的有源寄生效应
●双极晶体管的无源寄生效应
2.MOS晶体管及其寄生效应、集成电路中的无源元件(2学时)
●MOS晶体管的单管结构、工作原理
●MOS集成电路中的有源寄生效应
●集成电路中的无源元件
以上内容计划讲授6学时(分章节学时见上)。
拟采用多媒体教学,以自制PPT为主。
本章思考题
作业:
1.分析集成双极晶体管的有源寄生效应,说明器件工作于何种状态下寄生效应不可忽略,为什么?
2.教科书P482.7
3.教科书P65-3.1
4.教科书P66-3.7(注:
氧化层厚度改为0.1微米)
5.教科书P66-3.8
主要
参考资料
朱正涌,半导体集成电路,清华大学出版社
数字集成电路――电路,系统与设计周润德等译电子工业出版社
备注
西安理工大学教案(课时备课)
第4次课2学时
课目、课题
集成电路中的双极晶体管及其寄生效应
教学目的
和要求
通过本次课,帮助学生掌握集成电路中的双极晶体管的结构、本征双极晶体管的EM模型、双极晶体管的有源和无源寄生效应,要求学生能利用EM模型对双极晶体管的有源寄生效应进行分析,并了解双极晶体管的无源寄生效应
重点
难点
课程重点:
1.本征双极晶体管的EM模型
2.集成双极晶体管的有源寄生效应
课程难点:
四层三结晶体管的EM模型推导
教学进程(含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计)
1.双极晶体管的单管结构、工作原理,这里主要概括复习一下双极晶体管的四个工作区的条件和工作机理(15分钟)
2.理想本征双极晶体管的EM模型,从单结晶体管开始到三层两结再到四层三结晶体管(集成双极晶体管的结构)推导出集成双极晶体管的EM模型(35分钟)
3.集成双极晶体管的有源寄生效应,分析NPN管工作在四种工作状态时,寄生PNP管对NPN管的影响,对寄生晶体管起作用的区域采用EM模型分析其影响,并讲解减小寄生效应的措施(35分钟)
4.双极晶体管的无源寄生效应,主要讲寄生电阻的计算(15分钟)
作业布置
分析集成双极晶体管的有源寄生效应,说明器件工作于何种状态下寄生效应不可忽略,为什么?
主要
参考资料
朱正涌,半导体集成电路,清华大学出版社
张延庆,半导体集成电路,复旦大学出版社
课后自我总结分析
西安理工大学教案(章节备课)
学时:
1学时
章节
第3章集成电路中的无源元件
教学目的
和要求
通过本章内容,帮助学生掌握集成电路中常用的电阻、电容类型、基本结构和版图,电阻、电容值的计算,电阻条宽的设计等。
重点
难点
重点:
1.基区扩散电阻、多晶硅电阻版图
2.电阻阻值的计算
3.MOS电容版图
难点:
电阻值的修正
教学进程(含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段)
教学内容:
1集成电路中的无源元件
(1):
集成电阻器,讲解常用的基区扩散电阻、基区沟道电阻和多晶硅电阻,其中以基区扩散电阻为重点,讲电阻的版图、结构、电阻值的计算以及电阻条宽的设计(40分钟)
2.集成电路中的无源元件
(2):
集成电容器,以MOS电容器为例讲解电容器的版图、结构、电容值的计算,最后引申到大电容的结构(20分钟)
以上内容计划讲授1学时。
拟采用多媒体教学,以自制PPT为主。
本章思考题
1.教科书P65-3.1
2.教科书P66-3.7(注:
氧化层厚度改为0.1微米)
3.教科书P66-3.8
主要
参考资料
朱正涌,半导体集成电路,清华大学出版社
张延庆,半导体集成电路,复旦大学出版社
备注
西安理工大学教案(课时备课)
第5次课2学时
课目、课题
集成电路中的MOS晶体管及其寄生效应、集成电路中的无源元件
教学目的
和要求
通过本次课,帮助学生掌握集成电路中的MOS晶体管的结构、MOS集成电路中的有源寄生效应,集成电路中无源元件(包括电阻和电容)的基本结构和版图。
要求学生掌握MOS晶体管的闩锁效应、常用电阻和电容的结构,电阻、电容值的计算等
重点
难点
课程重点:
1.MOS集成电路中的闩锁效应
2.电阻版图及阻值计算
课程难点:
闩锁效应的分析及解决
教学进程(含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计)
1.MOS晶体管的单管结构、工作原理,这里主要概括复习一下MOS晶体管在截止区、线性区、饱和区的条件和工作机理,MOS晶体管的输出特性曲线(15分钟)
2.MOS集成电路中的有源寄生效应,包括:
场区寄生MOSFET、寄生双极晶体管、闩锁效应,重点讲闩锁效应及减小闩锁效应的措施(25分钟)
3.集成电路中的无源元件1:
集成电阻器,讲解常用的基区扩散电阻、基区沟道电阻和多晶硅电阻,其中以基区扩散电阻为重点,讲电阻的版图、结构、电阻值的计算以及电阻条宽的设计(40分钟)
4.集成电路中的无源元件2:
集成电容器,以MOS电容器为例讲解电容器的版图、结构、电容值的计算,最后引申到大电容的结构(20分钟)
作业布置
3.教科书P482.7
4.教科书P65-3.1
5.教科书P66-3.7(注:
氧化层厚度改为0.1微米)
4.教科书P66-3.8
主要
参考资料
朱正涌,半导体集成电路,清华大学出版社
课后自我总结分析
西安理工大学教案(章节备课)
学时:
4学时
章节
第4章TTL集成电路
教学目的
和要求
通过本章内容,通过本次课,帮助学生掌握晶体管-晶体管逻辑(TTL)电路中简易TTL与非门(两管单元)和典型五管单元的工作原理、静态特性、瞬态特性及版图,进而掌握STTL、六管单元等改进结构的工作原理,TTL与非门的外特性及主要参数,以及OC门及三态(TSL)逻辑门的原理和简单应用。
要求学生能够分析出两管单元与五管单元与非门的工作原理、各种输入情况下各管的工作状态,会计算门的扇出数等,从而了解简单TTL与非门的优缺点。
重点
难点
重点:
1.两管单元的工作原理
2.静态特性参数的计算
3.五管单元的工作原理
4.改进结构的优点
难点:
种输入条件下管子工作状态的判断,扇出数的求取
教学进程(含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段)
教学内容:
1.简易TTL与非门(两管单元)(2学时)
●简易TTL与非门(两管单元)的真值表、工作原理
●两管单元与非门的静态特性、瞬态特性
●简易TTL与非门的版图
2.TTL集成电路2(2学时)
●五管单元工作原理
●改进型结构
●TTL与非门的外特性及主要参数(10分钟)
●OC门
●三态逻辑门的结构及应用
以上内容计划讲授6学时(分章节学时见上)。
拟采用多媒体教学,以自制PPT为主。
本章思考题
作业:
1.P844.10
2.P844.12(b)
主要
参考资料
朱正涌,半导体集成电路,清华大学出版社
张延庆,半导体集成电路,复旦大学出版社
备注
西安理工大学教案(课时备课)
第6次课2学时
课目、课题
TTL集成电路
(1)
教学目的
和要求
通过本次课,帮助学生掌握晶体管-晶体管逻辑(TTL)电路中简易TTL与非门(两管单元)的工作原理、静态特性、瞬态特性及版图,要求学生能够分析出两管单元与非门的工作原理、会计算门的扇出数等,从而了解简单TTL与非门的优缺点。
重点
难点
课程重点:
1.两管单元的工作原理
2.静态特性参数的计算
课程难点:
各种输入条件下管子工作状态的判断,扇出数的求取
教学进程(含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计)
1.解释TTL的意义,简单回顾双极晶体管工作在各个工作区的条件和等效电路(5分钟)
2.简易TTL与非门(两管单元)的真值表、工作原理(分析输入全为高电平和至少一个为低电平时各管子的工作状态和各支路的电流、各节点的电压以及最后的输出)(30分钟)
3.两管单元与非门的静态特性:
抗干扰能力、负载能力(包括扇出数的求取)、直流功耗(30分钟)
4.两管单元与非门的瞬态特性:
简单解释延迟时间、下降时间、上升时间、存储时间的概念(10分钟)
5.简易TTL与非门的版图,(互动)要求学生在纸上画出各元件间的连线,帮助学生建立版图和线路的对应关系(10分钟)
6.总结出2管单元的缺点,引出四管单元,为下次课做铺垫(5分钟)
作业布置
无
主要
参考资料
张延庆,半导体集成电路,复旦大学出版社
课后自我总结分析
西安理工大学教案(课时备课)
第7次课2学时
课目、课题
TTL集成电路
(2)
教学目的
和要求
通过本次课,帮助学生掌握典型五管单元TTL与非门的工作原理,了解其优缺点,进而掌握STTL、六管单元等改进结构的工作原理,TTL与非门的外特性及主要参数,以及OC门及三态(TSL)逻辑门的原理和简单应用。
重点
难点
课程重点:
1.五管单元的工作原理
2.改进结构的优点
课程难点:
各种输入条件下各个管子工作状态的判断
教学进程(含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计)
1.在回顾上次课内容的基础上,简单介绍四管单元较2管单元的改进之处及各部分电路的作用(10分钟)
2.五管单元工作原理(分析输入全为高电平和至少一个为低电平时各管子的工作状态和各支路的电流、各节点的电压以及最后的输出)(30分钟)
3.改进型结构:
带肖特基二极管的STTL与非门以及六管单元与非门(15分钟)
4.TTL与非门的外特性及主要参数(10分钟)
5.OC门:
TTL与非门直接并联产生的问题,引出OC门,OC门的结构,OC门的线与及OC门应用(20分钟)
6.三态逻辑门的结构及应用(15分钟)
作业布置
1.P844.10
2.P844.12(b)
主要
参考资料
朱正涌,半导体集成电路,清华大学出版社
张延庆,半导体集成电路,复旦大学出版社
课后自我总结分析
本次时间控制较好,刚好控制在2小时。
备注
西安理工大学教案(章节备课)
学时:
12学时
章节
第5章MOS反相器
教学目的
和要求
通过本章内容学习,帮助学生熟练掌握半导体MOS晶体管及MOS反相器的基础知识,学会分析MOS反相器的静态特性及瞬态特性,掌握器件参数对电路性能的影响。
重点
难点
重点:
MOS器件的特性、影响器件阈值电压的关键因素、反相器的特性分析、电路的噪声容限、逻辑阈值、工作速度及功耗
难点:
MOS逻辑集成电路的工作原理及与双极型逻辑集成电路的不同。
构成MOS逻辑集成电路的最基本逻辑单元是MOS倒相器,静态MOS倒相器是如何分类的,不同类型的静态MOS倒相器工作特点有何不同
教学进程(含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段)
教学内容:
1.MOS晶体管(2学时)
●MOS晶体管的工作原理
●MOS晶体管的电流方程、阈值电压、沟道调制效应、衬底偏压效应、短沟道效应、MOSFET的电容、MOSFET的导通电阻
2.MOS反相器(4学时)
●不同反相器的组成及特点。
●CMOS反相器的静态特性及瞬态特性。
以上内容计划讲授6学时(分章节学时见上)。
拟采用多媒
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- 特殊限制:
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